Le caldaie a condensazione per riscaldamento ed ACS

A cura di Ing. Alfredo Marrocchelli

La caldaia a condensazione è oggigiorno l’apparecchiatura di riferimento per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria nelle nostre abitazioni.

L’utilizzo di questo tipo di caldaie è peraltro obbligatorio in forza delle disposizioni della direttiva europea ERP (Energy Related Products).

Un obbligo che trova ampie giustificazioni in una serie di vantaggi evidenti e nelle prestazioni decisamente superiori di questo tipo di caldaie rispetto a quelle tradizionali.

Perché la caldaia a condensazione

I tipici combustibili gassosi utilizzati nelle caldaie sono il metano (CH₄) ed il GPL (miscela di propano C₃H₈ e butano C₄H₁₀); tutti combustibili che contengono sia il carbonio C, sia l’idrogeno H.

È la presenza di idrogeno nel combustibile che permette il funzionamento della caldaia a condensazione: quando il metano brucia l’idrogeno presente, combinandosi con l’ossigeno, forma, infatti, vapore d’acqua, H₂O.

Nelle vecchie caldaie tradizionali i fumi erano scaricati nel camino a temperature tali (da 80 °C fino a 150 °C ed oltre) che il vapore d’acqua non potesse mai condensare (cioè passare in fase liquida) all’interno della caldaia o nel camino; in questo modo si evitava che la presenza di acqua condensata (e acida) potesse corrodere le tubazioni della caldaia e portare, rapidamente, alla sua messa fuori servizio. Questo modo di funzionare aveva, però, un elevato costo energetico perché una parte significativa del calore prodotto dalla combustione serviva a mantenere i fumi caldi (e quindi l’acqua presente nei fumi in forma di vapore) e non contribuiva, invece, a riscaldare l’acqua dell’impianto di riscaldamento.

Tutto è cambiato con lo sviluppo della caldaia a condensazione: grazie a nuovi materiali più sofisticati, quali speciali acciai inossidabili e le leghe di alluminio e magnesio, la corrosione acida da condensa non è più un problema e quindi si può fare funzionare la caldaia in modo che gran parte del vapore d’acqua presente nei fumi possa condensare (passare in fase liquida) cedendo l’energia in eccesso all’acqua del circuito di riscaldamento e così contribuendo all’effetto utile del riscaldamento.

Di qui deriva anche un altro aspetto caratteristico delle caldaie a condensazione: poiché i fumi di combustione da scaricare all’esterno sono ora a bassa temperatura (tipicamente tra 40 e 70 °C) non è possibile il funzionamento a tiraggio naturale ed è, invece, sempre necessaria la presenza di un ventilatore che fornisca ai fumi la prevalenza necessaria ad attraversare sia la caldaia sia il camino.

Caldaia a condensazione ad alta efficienza energetica

Per sfruttare al meglio il recupero di energia in una caldaia a condensazione è anche necessario assicurare un funzionamento che controlli, in modo preciso, le quantità di combustibile e di aria comburente da immettere nella camera di combustione: l’aria comburente in eccesso deve, infatti, essere limitata ad un valore pari a circa il 30 % di quella teoricamente necessaria e questo in tutto il campo di funzionamento della caldaia. Maggiore la presenza di aria in eccesso nella combustione e minore sarà la capacità di condensare il vapore d’acqua dai fumi e quindi minore il rendimento della caldaia. Il controllo fine della portata di aria comburente è stato reso possibile dalle sofisticate schede elettroniche di controllo e dall’adozione di ventilatori con motori elettrici a velocità variabile.

Caldaia a condensazione e la regolazione dell’impianto di riscaldamento

Il rendimento di funzionamento di una caldaia a condensazione è tanto maggiore (e quindi i consumi sono tanto più bassi) quanto minore è la temperatura di ritorno in caldaia del fluido termovettore: è quindi importante accoppiare in modo corretto la caldaia con i corpi scaldanti.

Proprio per migliorare questo aspetto tutte le caldaie a condensazione di elevate prestazioni hanno incorporata, nella scheda elettronica, una funzione di regolazione climatica che prevede la presenza di una sonda esterna di temperatura: in pratica, la temperatura del fluido termovettore inviato ai corpi scaldanti viene modificata, in tempo reale, per tenere conto del variare della temperatura dell’ambiente esterno. Questo fa sì che nelle stagioni intermedie del riscaldamento la temperatura di ritorno in caldaia sia particolarmente bassa, quindi rendimento particolarmente alto, quindi consumi davvero molto ridotti.

E consumi ridotti significa anche minori quantità di inquinanti gassosi emessi nell’atmosfera e maggiore rispetto per l’ambiente.

Un altro aspetto che caratterizza le caldaie a condensazione avanzate è l’utilizzo, a bordo macchina, di circolatori del tipo ad inverter, a velocità di rotazione variabile, con la possibilità di regolare in modo ottimale il funzionamento idraulico del circuito scegliendo opportunamente la curva di prevalenza del circolatore tra quelle disponibili. E questo assicura sia il funzionamento corretto dei circuiti a portata variabile (per esempio con valvole termostatiche) sia un significativo risparmio energetico di energia elettrica (che, ricordiamo, costa circa tre volte di più della stessa quantità di energia ricavata dal combustibile).

Prestazioni

Una caldaia a condensazione alla potenza nominale, con acqua in ingresso a 60 ° C ed acqua in uscita ad 80 °C, ha un rendimento utile di circa il 97÷98 % (in queste condizioni non c’è condensazione); una caldaia due stelle di vecchia tecnologia (non a condensazione), nelle stesse condizioni, aveva un rendimento utile di circa il 91÷92 %.

Ma quando le condizioni di funzionamento della caldaia permettono la condensazione, per esempio acqua in ingresso a 30 °C ed acqua in uscita a 40 °C, allora il rendimento utile diventa di circa il 104 % (riferimento il potere calorifico inferiore, PCI). Una condizione di funzionamento questa che si può verificare, per esempio, quando la caldaia è accoppiata con pannelli radianti a pavimento o quando, in presenza di regolazione climatica, si utilizzano ventilconvettori o radiatori a bassa temperatura di funzionamento e si è nei mesi meno freddi della stagione di riscaldamento.

E quando la potenza richiesta alla caldaia dall’impianto di riscaldamento si riduce, per esempio al 30 % del valore massimo, tale rendimento utile diventa ancora maggiore e pari a circa 108÷109 %, valori davvero eccezionali rispetto alla vecchia tecnologia tradizionale.

Nella direttiva ERP tali aspetti sono riassunti nella classe energetica che si riferisce al valore di efficienza energetica stagionale del riscaldamento, indicato con η_s; tale parametro η_s tiene conto, in modo convenzionale, sia del fatto che la caldaia funzionerà solo per una piccola parte del tempo della stagione di riscaldamento alla potenza massima e per il resto funzionerà a potenza ridotta, sia di fattori correttivi legati al consumo di energia elettrica degli ausiliari, alla dispersione di energia in stand by ed al consumo energetico del bruciatore. In altre parole η_s è un valore che descrive meglio le prestazioni effettive della caldaia nel funzionamento su un reale impianto di riscaldamento, prestazioni che sono necessariamente diverse da quelle misurate nel laboratorio di prova del costruttore.

Caldaia per riscaldamento a condensazione in classe A significa che il valore di η_s è compreso nell’intervallo da 90 a 98 % mentre la classe A+ è caratterizzata da valori di η_s compresi nell’intervallo da 98 a 125 %.

Ritorno economico

La sostituzione di una vecchia caldaia autonoma a gas con una moderna caldaia a condensazione in classe A oppure A+, in un impianto basato su radiatori tradizionali, è in grado di fare risparmiare circa il 30 % del combustibile. Un tale intervento può anche usufruire dell’agevolazione fiscale per intervento di risparmio energetico del 50 o del 65 %, in funzione del tipo di sistemi di termoregolazione che saranno installati.

In tali casi il tempo di ritorno semplice dell’investimento è, tipicamente, nell’intervallo tra due e tre anni.

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